Propiedades Físicas Del Agua (página 2)

Partes: 1, 2

El agua como
compuesto químico:
Habitualmente se piensa que
el agua
natural que conocemos es un compuesto químico de
fórmula H2O, pero no es así, debido a su
gran capacidad disolvente toda el agua que se encuentra en la
naturaleza
contiene diferentes cantidades de diversas sustancias en
solución y hasta en suspensión, lo que corresponde
a una mezcla.

El agua químicamente pura es un compuesto de
fórmula molecular H2O. Como el átomo de
oxígeno
tiene sólo 2 electrones no apareados, para explicar la
formación de la molécula H2O se
considera que de la hibridación de los orbitales
atómicos 2s y 2p resulta la formación de 2
orbitales híbridos sp3. El traslape de cada uno
de los 2 orbitales atómicos híbridos con el orbital
1s1 de un átomo de hidrógeno se forman dos enlaces covalentes
que generan la formación de la molécula
H2O, y se orientan los 2 orbitales sp3
hacia los vértices de un tetraedro triangular regular y
los otros vértices son ocupados por los pares de
electrones no compartidos del oxígeno. Esto cumple con el
principio de exclusión de Pauli y con la tendencia de los
electrones no apareados a separarse lo más posible.
Experimentalmente se encontró que el ángulo que
forman los 2 enlaces covalentes oxígeno-hidrógeno
es de 105º y la longitud de enlace
oxígeno-hidrógeno es de 0.96 angstroms y se
requiere de 118 kcal/mol para romper uno de éstos enlaces
covalentes de la molécula H2O. Además,
el que el ángulo experimental de enlace sea menor que el
esperado teóricamente (109º) se explica como
resultado del efecto de los 2 pares de electrones no compartidos
del oxígeno que son muy voluminosos y comprimen el
ángulo de enlace hasta los 105º.
Las fuerzas de repulsión se deben a que los electrones
tienden a mantenerse separados al máximo (porque tienen la
misma carga) y cuando no están apareados también se
repelen (principio de exclusión de Pauli). Además
núcleos atómicos de igual carga se repelen
mutuamente.
Las fuerzas de atracción se deben a que los electrones y
los núcleos se atraen mutuamente porque tienen carga
opuesta, el espín opuesto permite que 2 electrones ocupen
la misma región pero manteniéndose alejados lo
más posible del resto de los electrones.
La estructura de
una molécula es el resultado neto de la interacción de las fuerzas de
atracción y de repulsión (fuerzas
intermoleculares), las que se relacionan con las cargas
eléctricas y con el espín de los electrones.
De acuerdo con la definición de ácido y
álcali de Brönsted-Lowry, los 2 pares de electrones
no compartidos del oxígeno en la molécula
H2O le proporciona características alcalinas.
Los 2 enlaces covalentes de la molécula H2O son
polares porque el átomo de oxígeno es más
electronegativo que el de hidrógeno, por lo que esta
molécula tiene un momento dipolar electrostático
igual a 6.13×10-30 (coulombs)(angstrom), lo que
también indica que la molécula H2O no es
lineal, H-O-H.

PROPIEDADES
QUÍMICOS DEL HIDRÓGENO

Primer elemento de la tabla
periódica. En condiciones normales es un gas incoloro,
inodoro e insípido, compuesto de moléculas
diatómicas, H2. El átomo de
hidrógeno, símbolo H, consta de un núcleo de
unidad de carga positiva y un solo electrón. Tiene
número atómico 1 y peso atómico de 1.00797.
Es uno de los constituyentes principales del agua y de toda la
materia
orgánica, y está distribuido de manera amplia no
sólo en la Tierra sino
en todo el universo.
Existen 3 isótopos del hidrógeno: el protio, de
masa 1, que se encuentra en más del 99.98% del elemento
natural; el deuterio, de masa 2, que se encuentra en la
naturaleza aproximadamente en un 0.02%, y el tritio, de masa 3,
que aparece en pequeñas cantidades en la naturaleza, pero
que puede producirse artificialmente por medio de varias
reacciones nucleares.

PROPIEDADES
QUÍMICAS DEL OXIGENO

Elemento químico gaseoso, símbolo O,
número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es
de gran interés
por ser el elemento esencial en los procesos de
respiración de la mayor parte de las
células
vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más
abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en
volumen) del
aire es
oxígeno.

Existen equipos capaces de concentrar el oxígeno
del aire. Son los llamados generadores o concentradores de
oxígeno, que son los utilizados en los bares de
oxígeno.

El oxígeno gaseoso no combinado suele existir en
forma de moléculas diatómicas, O2, pero
también existe en forma triatómica, O3,
llamada ozono.

El oxígeno se separa del aire por
licuefacción y destilación fraccionada. Las principales
aplicaciones del oxígeno en orden de importancia son: 1)
fundición, refinación y fabricación de
acero y otros
metales; 2)
manufactura de
productos
químicos por oxidación controlada; 3)
propulsión de cohetes; 4) apoyo a la vida biológica
y medicina, y 5)
minería,
producción y fabricación de
productos de piedra y vidrio.

Existen equipos generadores de ozono, los cuales son
usados para oxidación de materias, para ozonización
de piscinas…

En condiciones normales el oxígeno es un
gas incoloro, inodoro e insípido; se condensa en un
líquido azul claro. El oxígeno es parte de un
pequeño grupo de
gases
ligeramente paramagnéticos, y es el más
paramagnético de este grupo. El oxígeno
líquido es también ligeramente
paramagnético.

Casi todos los elementos químicos, menos
los gases inertes, forman compuestos con el oxígeno. Entre
los compuestos binarios más abundantes de oxígeno
están el agua, H2O, y la sílica,
SiO2; componente principal de la arena. De los
compuestos que contienen más de dos elementos, los
más abundantes son los silicatos, que constituyen la mayor
parte de las rocas y suelos. Otros
compuestos que abundan en la naturaleza son el carbonato de
calcio (caliza y mármol), sulfato de calcio (yeso),
óxido de aluminio
(bauxita) y varios óxidos de hierro, que se
utilizan como fuente del metal.

CICLO
HIDROLÓGICO

Podemos pensar el ciclo hidrológico como una
serie de reservas, o áreas de almacenamiento, y
una serie de procesos que causan que el agua se mueva entre estas
reservas. Las reservas más grande, de lejos, son los
océanos, que contienen aproximadamente un 97% del agua de
la Tierra. El 3%
restante es el agua dulce, tan importante para nuestra
sobrevivencia. De ésta, aproximadamente 78% está
almacenada en la Antártica y en Groenlandia. Aproximadamente
21% de agua dulce en la Tierra es agua almacenada en sedimentos y
rocas debajo de la superficie de la tierra. El agua dulce que
vemos en los ríos, arroyos, lagos y en la lluvia
constituye menos del 1% del agua dulce de la Tierra y menos que
el 0.1% de toda el agua de la Tierra.

IMPUREZAS PRESENTES EN EL AGUA

A diferencia de los otros materiales sin
depurar, el agua de alimentación sin
depurar varía significativamente de una región
geográfica a otra y de una estación a otra. El agua
derivada de una fuente superficial en tierras altas, por ejemplo,
tiene un bajo índice de Sólidos Disueltos Totales y
es relativamente blanda, pero tiene una alta concentración
de contaminación orgánica, una gran
parte de la cual es coloidal. Por el contrario, el agua de una
fuente subterránea tiene generalmente un alto
índice de Sólidos Disueltos Totales y nivel de
dureza, pero un contenido orgánico bajo.
Las variaciones estacionales en la calidad de agua
son más aparentes en las aguas superficiales. Durante los
meses de otoño e invierno, las hojas puertas y plantas en
descomposición liberan grandes cantidades de materia
orgánica en los arroyos, lagos y embalses. Como
consecuencia, el nivel de contaminación orgánica en
las aguas superficiales alcanza su máximo en enero y
febrero y disminuye a su mínimo en julio y agosto.
La calidad y las características del agua de
alimentación sin depurar tienen una gran importancia en el
régimen de purificación necesario. Por lo tanto,
antes de recomendar un equipo de purificación de agua,
ELGA siempre se asegura de que los laboratorios tengan un buen
conocimiento
del suministro de agua local. En muchos casos, se realiza un
análisis de agua completo en los
laboratorios analíticos de ELGA.

PROCESO DE
PURIFICACIÓN DEL AGUA

Las impurezas suspendidas y disueltas en el agua natural
impiden que ésta sea adecuada para numerosos fines. Los
materiales indeseables, orgánicos e inorgánicos, se
extraen por métodos de
criba y sedimentación que eliminan los materiales
suspendidos. Otro método es
el tratamiento con ciertos compuestos, como el carbón
activado, que eliminan los sabores y olores desagradables.
También se puede purificar el agua por filtración,
o por cloración o irradiación que matan los
microorganismos infecciosos.

En la ventilación o saturación de agua con
aire, se hace entrar el agua en contacto con el aire de forma que
se produzca la máxima difusión; esto se lleva a
cabo normalmente en fuentes,
esparciendo agua en el aire. La ventilación elimina los
olores y sabores producidos por la descomposición de la
materia orgánica, al igual que los desechos industriales
como los fenoles, y gases volátiles como el cloro.
También convierte los compuestos de hierro y manganeso
disueltos en óxidos hidratados insolubles que luego pueden
ser extraídos con facilidad.

La dureza de las aguas naturales es producida sobre todo
por las sales de calcio y magnesio, y en menor proporción
por el hierro, el aluminio y otros metales. La que se debe a los
bicarbonatos y carbonatos de calcio y magnesio se denomina dureza
temporal y puede eliminarse por ebullición, que al mismo
tiempo
esteriliza el agua. La dureza residual se conoce como dureza no
carbónica o permanente. Las aguas que poseen esta dureza
pueden ablandarse añadiendo carbonato de sodio y cal, o
filtrándolas a través de ceolitas naturales o
artificiales que absorben los iones metálicos que producen
la dureza, y liberan iones sodio en el agua. Los detergentes
contienen ciertos agentes separadores que inactivan las
sustancias causantes de la dureza del agua.

El hierro, que produce un sabor desagradable en el
agua potable,
puede extraerse por medio de la ventilación y
sedimentación, o pasando el agua a través de
filtros de ceolita. También se puede estabilizar el hierro
añadiendo ciertas sales, como los polifosfatos. El agua
que se utiliza en los laboratorios, se destila o se desmineraliza
pasándola a través de compuestos que absorben los
iones.

DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL
PLANETA

A su vez las características climáticas de
nuestro planeta, están determinadas, fundamentalmente,
como hemos esbozado, por la interacción de la atmósfera y los
océanos, que calentados por el sol,
actúan como un inmenso motor
térmico. En ello influye la incidencia de la radiación
solar, que varía con la hora y la estación del
año y la latitud terrestre, además de la
disposición de los océanos y los continentes, junto
con la altura y morfología
de las tierras. El calor solar es
mayor en la superficie terrestre que en las capas altas de la
atmósfera, lo que produce corrientes ascendentes de
convención, localizadas mas en la zona del ecuador que en
los polos, impulsando inmensos sistemas de
circulación global.

En la zona polar la atmósfera es más
fría y forma una capa densa y relativamente pegada a la
superficie, donde las presiones a los 5.000 m. son más
bajas que en la zona tropical, estas depresiones polares
succionan aire tropical. que es desviado por la rotación
terrestre en dirección 0., alrededor de la tierra en las
latitudes medias, formando grandes corrientes que llegan hasta
zonas alejadas al N. y al S. y son responsables de la humedad y
los cambios climáticos que caracterizan las zonas
templadas de ambos hemisferios.

Estas corrientes atmosféricas principales, se
complementan y modifican con otras para producir intercambios
térmicos entre los océanos y los continentes,
viéndose a su vez afectado el conjunto por las
características geográficas, dando lugar a una
serie de cinturones climáticos latitudinales, junto con
otra variedad de climas locales y microclimas, con unas
variaciones típicas a lo largo del año y una
periodicidad anual con ligeras oscilaciones en tomo de unas
medias, de las que a base de datos
estadísticos se disponen mapas de las
distintas épocas del año.

De estas características climáticas las
precipitaciones atmosféricas junto con las temperaturas,
son los elementos fundamentales de los que dependen la vida
animal y vegetal y, en gran medida, la economía general de
las distintas zonas. Siendo las precipitaciones de tal
importancia que muchos autores utilizan solo este elemento en su
apreciación del clima, definiendo
como desértico el de menos de 120 mm. de
precipitación anual, árido entre 120 y 250 mm.
semiárido entre 250 y 500 mm., moderadamente húmedo
entre 500 y 1.000 mm., húmedo entre 1.000 y 2.000 mm. y
muy húmedo por encima de los 2.000 mm. La distribución media de las precipitaciones
por la situación latitudinal en la superficie del globo,
es sensiblemente la siguiente: Pluviosidad muy fuerte en la zona
ecuatorial entre 0 y 20º de latitud, entre 1.500 y 3.000 mm.
con reparto en una estación seca y una estación
húmeda.

FUNCIONAMIENTO
DE LA PLANTA DE AGUA

La planta AWFUL (o simplemente "la planta de
agua", como todos la llaman) utilizaba métodos
experimentales que no se habían usado antes. En lugar de
cal, cloro y demás sustancias clásicas, aquí
se empleaban agentes químicos exclusivos patentados por
Alchemy. Los residuos orgánicos eran tratados por
cepas bacterianas híbridas que no existían en la
naturaleza. A esto hay que añadir las peculiaridades de la
ciudad, donde vive gente rara que tira cosas todavía
más raras al retrete. Los laboratorios lanzan
indolentemente al drenaje sus abortos químicos y
biológicos. La lluvia se precipita sobre piedras
caídas del cielo y arrastra al desagüe
partículas de vida exótica. Restos orgánicos
e inorgánicos de todo origen y condición se mezclan
en los grandes piletones de la planta de agua, donde son
calentados, centrifugados, irradiados, oxigenados, sacudidos y
electrolizados. No puede esperarse que todo esto ocurra
inocuamente.
Quien hoy visite la planta
seguramente se sorprenderá con el aspecto que presentan
los piletones, cubiertos por un manto perenne de espuma viscosa.
Bajo este manto medran formas de vida que no existen en
ningún otro sitio del planeta. El profesor
Basilio Ivanov, de la Universidad de
Urbys, fue el primero en estudiar a fondo este intrigante
ecosistema:

      Apenas se remueve un
poco la espuma superficial saltan a la vista los filamentos.
Éstos constituyen la forma de vida más abundante de
los piletones, siendo equiparables al plancton. Están
conformados por microorganismos que se unen en finas hebras
plateadas, las cuales pueden alcanzar cientos de metros de
longitud, tejiendo una red anfractuosa bajo el
agua.
      Nadando entre los filamentos
se distinguen los parameboides, de los que hasta la fecha se han
identificado cerca de veinte especies. Lo más curioso de
estas criaturas es que, pese a que su tamaño varía
entre los quince y los setenta milímetros, son
unicelulares. Cada uno es, en esencia, una sola célula
macroscópica multinucleada con orgánulos
especialmente adaptados a sus dimensiones. Algunas de las formas
más llamativas son el comúnmente llamado
"murciélago de piletón" (Paramoeba
Chiroptera), que se desplaza con rápidos movimientos
de contracción y expansión, y la "luciérnaga
de piletón" (P. Lampyris), cuyo citoplasma
está recorrido por delgados vasos capilares que conducen
un fluido bioluminiscente que oscila de manera continua entre el
verde y el azul. Estos vasos, aunque no siempre tan
espectaculares, están presentes en la mayoría de
los parameboides, conformando un rudimentario sistema
circulatorio-nervioso.
      […]
      Filamentos y parameboides
constituyen la base de la pirámide trófica, pues en
ambos grupos hay
especies capaces de realizar fotosíntesis. Tales especies están
equipadas con orgánulos rellenos de una sustancia
análoga a la clorofila, que a diferencia de ésta no
capta la luz solar, que
aquí es escasa, sino los rayos de las lámparas
ultravioletas que se utilizan en el proceso de
purificación del agua.
      […]
      Entre las formas que
podríamos llamar "bentónicas" se destaca el
"pescador" (Polypos Pseudofilamens), que vive adherido al
fondo de los piletones y proyecta una hebra elástica de
hasta dos metros de longitud que flota en el agua. Las especies
que se nutren de los filamentos (entre las que se encuentran
varias de parameboide) se ven atraídas por estas hebras,
que al contacto se contraen velozmente, arrastrando la presa
hasta la boca del pescador. Es interesante señalar que los
falsos filamentos de los pescadores son distinguibles a simple
vista de los filamentos verdaderos; un estudio sobre las
similitudes y diferencias entre éstos podría
revelar mucho sobre la percepción
de las formas de vida de los piletones.

CONCLUSIÓN

El agua es un componente de nuestra naturaleza que ha
estado
presente en la Tierra desde hace más de 3.000 millones de
años, ocupando tres cuartas partes de la superficie del
planeta. Su naturaleza se compone de tres átomos, dos de
oxígeno que unidos entre si forman una molécula de
agua, H2O, la unidad mínima en que ésta
se puede encontrar. La forma en que estas moléculas se
unen entre sí determinará la forma en que
encontramos el agua en nuestro entorno; como líquidos, en
lluvias, ríos, océanos, camanchaca, etc., como
sólidos en témpanos y nieves o como gas en las
nubes.

Gran parte del agua de nuestro planeta, alrededor del
98%, corresponde a agua salada que se encuentra en mares y
océanos, el agua dulce que poseemos en un 69% corresponde
a agua atrapada en glaciares y nieves eternas, un 30% está
constituida por aguas subterráneas y una cantidad no
superior al 0,7% se encuentra en forma de ríos y
lagos.

CICLO DEL AGUA